Продолжение таблицы 3МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ МОРДОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Имени Н. ОГАРЕВА Кафедра механизации переработки сельскохозяйственной Продукции ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1 РЕЗЕРВУАРЫ МОЛОЧНЫЕ Составил: к.т.н. доцент В.С. Борисов Саранск 2010 Лабораторная работа №1 РЕЗЕРВУАРЫ МОЛОЧНЫЕ Цель работы. Изучить устройство, принцип работы и регулировки резервуаров. Приборы и приспособления. Методические указания к выполнению лабораторной работы, фрагменты резервуарови учебные плакаты. Содержание отчета В отчет необходимо включить: 1. Назначение машин. 2. Техническая характеристика машин. 3. Общее устройство машин и ее составных узлов. 4. Схема принципа работы машин. Содержание работы Для сбора и хранения молока на перерабатывающих предприятиях используют емкости разной вместимости и назначения: - резервуары общего назначения (молокоприемные резервуары, молокосборные цистерны и резервуары-термосы. - резервуары специального назначения (ванны длительной пастеризации (ВДП) и универсальные танки). - резервуары для транспортирования молока (автомолокоцистерны и прицепные цистерны). В резервуарах общего назначения качественные изменения молока и молочных продуктов стремятся в максимальной степени предотвратить. В резервуарах специального назначения, наоборот, производятся определенные качественные изменения продукта, заданные технологией их обработки (тепловые и биохимические процессы, нормализация и т. д.). В необходимых случаях можно использовать резервуары общего назначения для специальных целей, а резервуары специального назначения - для хранения молока и молочных продуктов при заданном режиме. РЕЗЕРВУАРЫ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ. По конструктивному исполнению они бывают круглого (вертикальные и горизонтальные) и прямоугольного сечения; по наличию термоизоляции - с термоизоляцией и без неё; по типу перемешивающего устройства - с лопастными и пропеллерными мешалками, с насосной системой перемешивания и без перемешивающих устройств. Для приема и хранения молока применяют вертикальные и горизонтальные резервуары-термосы. Хранение молока в резервуарах-термосах повышает производительность труда, лучше сохраняет и изолирует его от окружающего воздуха. Конструкция термосов обеих моделей, их работа и оснащенность контрольно-измерительными приборами одинаковы. Различаются они только расположением рабочего сосуда и вместимостью. Каждый резервуар-термос представляет собой сварной алюминиевый рабочий сосуд с выпуклыми сферическими днищами (рис. 1). Основные параметры которого приведены в табл. 1. Он оснащен смотровым окном со светильником 14, наполнительным и сливным краном 11, трубопроводом 2, термометром 12, лабораторным 8 краном, тремя подставками-ножками 13, уровнемером с датчиком верхнего уровня молока, моющим устройством 7 и молочным насосом 1. Наружная поверхность рабочего сосуда имеет термоизоляционную обшивку 4 выполненную из пенопласта и заключенную в защитный стальной корпус 9. Её толщина составляет 37,5 мм. Теплоизоляция резервуара допускает повышение температуры молока не более чем на 2ОС в течение 24 часов при разнице температур окружающего воздуха и хранимого молока в 20ОС. При хранении молока в резервуарах-термосах не более суток его качество не изменяется. Резервуар имеет люк 5 с крышкой на шарнире. Под днищем резервуара смонтирован молочный насос 1, который служит как для наполнения и опорожнения резервуара молоком, так и для перемешивания продукта во время его хранения. Насос, в течение 15 мин, интенсивно перемешивает молоко, обеспечивая равномерное содержание жира по всему объему емкости, отстоявшегося в нем после 4-часового хранения.
Таблица 1 Техническая характеристика вертикальных резервуаров-термосов
Количество молока в резервуаре определяют уровнемером 6 поплавкового типа, сблокированным с сигнализатором максимального уровня. С изменением уровня молока поплавок перемещается, а вместе с ним и трос с грузиком указателя, по которому при помощи линейки определяют количество продукта в резервуаре. Относительная погрешность измерения составляет ±1. При заполнении емкости, чтобы исключить пенообразование, поток молока направляется через загрузочное устройство. Уровень молока в емкости определяется через смотровое окно. Переполнение емкости предупреждается сигнальным устройством (поплавкового типа). Молоко подается по специальной трубе к контакту, установленному в его верхней части. Поплавок поднимается, и касаясь верхнего контакта, замыкает цепь, в результате чего включается световой и звуковой сигнал. В верхней части емкости размещено устройство для разбрызгивания моющих растворов и воды. Устанавливают резервуары на пол без фундамента. Многие емкости оснащаются приборами контроля качества продукта (например рН-метром, термометром и т. д.). Кроме того, предусматриваются автоматические устройства для запрограммированного включения перемешивающих устройств. В емкостях большой вместимости молоко хранится в течение длительного времени без значительного изменения температуры
где tк , tн – конечная и начальная температура продукта, ОС; F - площадь поверхности емкости, м2; k – коэффициент теплопередачи, Вт/(м2.К); РЕЗЕРВУАРЫ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ. Среди резервуаров специального назначения в молочной промышленности применяются ванны длительной пастеризации молока (ВДП) и танки универсальные. Они предназначены для пастеризации молока, приготовления кефира и других кисломолочных продуктов, а также для охлаждения и кратковременного хранения молока. Конструктивное исполнение резервуаров в основном одинаковое. Но универсальные танки отличаются от ванн тем, что процесс тепловой обработки в них автоматизирован. Танки унифицированы и отличаются друг от друга только высотой резервуара. Танк универсальный (рис. 2)- трехстенный цилиндрический сосуд, установленный вертикально. Состоит из внутренней молочной ванны 5 изготовленной из нержавеющей стали марки 1Х18Н19Т, заключенной в двухстенный наружный корпус 6. Пространство между рабочей молочной и наружной ваннами используют в качестве теплообменной рубашки для подогрева и охлаждения продукта. Дно рабочей ванны вогнуто внутрь с уклоном в сторону сливного крана 8. Сверху ванна имеет крышку, состоящую из двух половин, одна из которых легко поднимается и опускается вручную. При ее подъеме конечный выключатель 3 отключает электропривод мешалки 4. Вторая половина крышки крепится к корпусу ванны и на нее смонтированы электродвигатель 1 с редуктором и мешалкой 4. Контроль температуры продукта и горячей воды осуществляется с помощью термометров 12 и 14. .
Рис. 2. Универсальный танк 1- электродвигатель; 2- сигнализатор уровня; 3- конечный выключатель; 4- мешалка; 5- резервуар; 6- наружный корпус; 7- переливная труба; 8-сливной кран; 9- опора; 10- вентиль; 11- парораспределительная головка; 12,14 - термометры; 13- распределительная коробка.
Под ванной размещена парораспределительная головка 11, к которой через трубопровод подводится пар. Для слива воды из межстенного пространства в наружном днище предусмотрен патрубок с вентилем 10. Переливные трубы 7 служат для поддержания уровня воды в межстенном пространстве Ванна заполняется продуктом до сигнализатора уровня 2, реле которого срабатывает, как только продукт коснется своей поверхность датчика верхнего уровня, при этом на шкафу управления загорается лампочка и включается звуковой сигнал. На корпусе ванны установлена электрическая распределительная коробка 13, через которую танк подключают к шкафу управления. В качестве теплоносителя используют горячую воду, подогреваемую паром, поступающим в межстенное пространство. В качестве хладоносителя - холодную воду. Для лучшего теплообмена продукт перемешивается мешалкой. Поддержание температуры пастеризации происходит автоматически. Порядок работы. Перед тепловой обработкой молока наполняют межстенное пространство танка водой до ее появления из переливной трубы 7. Затем подают пар в парораспределительную головку 11 и подогревают воду в межстенном пространстве до температуры 70о С. Вода от конденсации пара сливается через переливную трубу. Далее наполняют танк продуктом. В момент заполнения вентиль для подачи пара остается открытым. После наполнения танка молоком наполовину его вместимости включают мешалку 4, и дальнейшая его загрузка происходит при включенной мешалке. При достижении продуктом температуры пастеризации подачу пара уменьшают. После выдержки продукта при данной температуре (примерно 30 мин.) приступают к его охлаждению. Для этого, открыв вентиль 10, сливают горячую воду из межстенного пространства. Затем, через водяной вентиль, туда подают холодную воду и охлаждают продукт до температуры 15...18о С. До более низких температур продукт охлаждают ледяной водой. Для равномерного охлаждения продукта включают в работату мешалку. Техническая характеристика ванн приведена в табл. 2, а их возможные неисправности и способы их устранения в табл. 3. Внимание: паровой вентиль открывают только при наличии воды в межстенном пространстве ванны; во избежание смятия и разрушения корпуса ванны переливные трубы должны иметь свободный слив отработанного теплоносителя в приемные воронки; запрещается включать ванну в закрытую систему подачи воды или слива конденсата, так как избыточное давление может деформировать стенки ванны.
Таблица 2 Техническая характеристика ванн
Таблица 3 Возможные неисправности ванн и способы их устранения
Продолжение таблицы 3
При одинаковом температурном режиме расход пара в ваннах на пастеризацию 1 т молока составляет 100...140 кг, что 4,5...5 раз больше, чем в пластинчатых пастеризационно-охладительных установках. Это свидетельствует о низкой экономичности ванн. Несмотря на это они имеют ряд достоинств: просты по конструкции, в обслуживании и универсальны. Основы расчета. Опорожнение резервуаров происходит при понижении уровня жидкости, а поэтому непрерывно изменяются скорость истечения и давление. При сливе продукта с применением сжатого воздуха продолжительность опорожнения резервуара Z (в с) определяется по следующей формуле:
где Vп - объем продукта, м3;
fвп - площадь сечения выпускного патрубка, м2; g - ускорение силы тяжести, м/с2; При сливе самотеком, из вертикальных баков, цистерн и резервуаров где h - высота столба жидкости, м; самотеком из горизонтальных резервуаров
где v – скорость движения жидкости, вытекающей из сливного патрубка, м/с;
где r - радиус резервуара, м. Для проведения лабораторной работы собирают установку по схеме (рис. 3) предварительно вычислив объем V резервуаров расчетным путем по их геометрическим размерам.
Рис. 3. Схема лабораторной установки 1-горизонтальный резервуар; 2-уровнемер; 3-линейка; 4-сливной патрубок.
Затем определяют все необходимые геометрические показатели fвп, Работу проводят на горизонтальном и вертикальном резервуарах, при полностью открытом, открытом на ½ и ¼ сливном кране. Результаты замеров заносят в табл. 4.
Таблица 4 Результаты замеров в опытах
Зная продолжительность слива воды Z из резервуара можно установить зависимость коэффициента истечения от диаметра выходного патрубка и выразить ее графически (для этого на оси X откладывают диаметр выходного патрубка, а на оси Y - коэффициент истечения).
Контрольные вопросы: 1. Приведите классификацию резервуаров. 2. Чем отличаются резервуары-термосы от пастеризационных ванн? 3. Какие технологические операции проводят в ваннах? 4. Из-за какой неисправности в межстенное пространство ванны не попадают пар и вода?
|
,
tср – средняя разность между температурами продукта и среды, ОС; 
- время хранения, с; V – объем емкости, м3; 
- плотность продукта, кг/м3; c - удельная теплоемкость продукта, Дж/(кг.К).
,
- коэффициент расхода, зависящий от вязкости вытекающей жидкости и размеров патрубков (при истечении через короткий цилиндрический патрубок 
h 
- высота от сливного патрубка до уровня жидкости, м.
,
,
,
и др. Далее наполняют резервуар водой и секундомером устанавливают продолжительность слива. Время истечения жидкости начинают отсчитывать с момента открытия крана на патрубке для выхода продукта, а заканчивают по истечении всей жидкости из резервуара.
